Введение

Концентраторы Кнельсона широко применяются в промышленности для извлечения минералов благородных металлов из различных руд, речных песков и хвостохранилищ горно-металлургических комбинатов. Однако, результаты, получаемые на разном или даже на однотипном исходном сырье (поцент извлечения благородных металлов, качество концентрата в отношении извлекаемого компонента), могут значительно различаться.

Чтобы выяснить какие именно параметры руд оказывают влияние на результат концентрирования и иметь возможность предсказывать из каких руд извлечение будет максимальным были проведены минералогические исследования на малосульфидной Cu-Ni руде (исходное питание концентратора Кнельсона ) и на хвостах после извлечения концентрата.

Минералогия

Из исходной руды (~40kg) по классу крупности -0.5mm на концентраторе Кнельсона был получен концентрат массой около 80g с коэффициентом сокращения равным 530. Суммарное содержание благородных металлов (БМ) - Pt, Pd и Au в исходной пробе составляло около 5г/т.

Кварты исходной руды и хвоста после извлечения концентрата были исследованы по технологии "ppm-минералогия": проба исходной руды и проба хвоста были разделены на гранулометрические фракции 250-90, 90-37 и -37µm. (500-250µm не изучалась - при содержании 5г/т вероятность нахождения зерен благородных металлов в этом классе крупности отсутствует, см. раздел "Home" -> "Технология"). Из 6 полученных гранулометрических фракций были выделены тяжелые концентраты на гидросепараторе НАТИ с коэффициентами сокращения 18000 - 72000 для исходной руды и 8000 - 13000 для хвостов после концентратора Кнельсона. Массы гранулометрических фракций и гравиконцентратов для исходной руды и хвостов приведены на рисунке и в таблице 1.

Из тяжелых концентратов были изготовлены препараты для микрозондовых работ, в которых на сканирующем электронном микроскопе ABT-55 с ED спектрометром была произведена диагностика минералов благородных металлов и для каждого зена минерала платиновой группы (МПГ) измерена площадь и рассчитан объем.

Минералогическое изучение показало, что в исходной руде и в хвостах присутствуют одни и те же минералы благородных металлов: тетраферроплатина, сперрилит, мончеит, паоловит, атокит, таймырит, соболевскит, котульскит, мертиит, стиллуотерит, гуанглинит, палладоарсенид, паларстанид, арсенопалладинит, палладистое золото (электрум), а также неназванные фазы (Pt,Pd)2Fe, (Pd,Pt)5(Sn,As,Sb,Te)2, причем две последние или их близкие аналоги отмечались разными авторами, но насколько нам известно, - до сих пор не зарегистрированы в качестве новых минералов.

Соотношения между основными минералами благородных металлов в пробе следующие (объемные %): тетраферроплатина - 6.6, фаза (Pt,Pd)₂(Fe,Cu,Ni) – 1.0, сперрилит – 7.7, мончеит – 0.1, паоловит – 11.5, атокит – 37.5, таймырит – 0.8, соболевскит – 1.3, котульскит – 0.3, фаза (Pt,Pd)₅(Sn,As,Sb,Te)₂ – 14.4, мертиит I + палладоарсенид + Pd₅(As,Sn)₂ – 14.2, стилуотерит + гуанглинит – 0.7, (Au,Ag,Pd) – 3.9.

Кроме диагностики минералов по специальным программам обработки изображений были измерены площади всех зерен минералов благородных металлов, рассчитаны их линейные размеры и объем (аппроксимация по кубу). Важно подчеркнуть, что распределение суммарного объема минералов благородных металлов по гранулометрическим классам прямо пропорционально распределению масс (и концентраций) благороднометальных металлов, поскольку для перехода от объема к массам достаточно учесть только плотность минералов. Однако, для получения достаточно точной оценки степени извлечения вполне оправдано оперировать объемами, не переходя к массам элементов, поскольку, в данном случае, - для перехода к массам полученные объемы необходимо домножить на некоторый постоянный множитель (равный усредненной плотности), одинаковый как для исходной руды, так и для хвостов.

Интервалы линейных размеров с шагом в 10µm, число зерен в интервале (Ngr.), суммарный объем зерен в интервале (Vµm3), процент зерен в данном интервале (%N) и процент объема зерен в данном интервале (%V) для исходной руды и хвостов приведены в таблице 2.

На гистограммах 1.1 и 1.2 приведены данные по исходной руде и Кнельсон-хвостам после извлечения концентрата. Анализ гистограммы 1.1 показывает, что концентратор Кнельсона извлекает все зерна, размер которых более 70µm. В интервале 70 - 30µm доля извлеченных зерен убывает и практически полные потери наступают для зерен менее 30µm. (Количество зерен менее 30µm в хвостах выше чем в исходной породе, что невозможно в действительности. Это противоречие объясняется потерями тонкой фракции хвостов при сборе материала в процессе и после концентрирования. Этим же обусловлена невязка процента извлечения, показанная на гистограмме 1.2 и равная 4.0%. Величину потерь веса для тонкой фракции легко оценить по данным таблицы 1).

Гистограммы 1.1 и 1.2

На гистограмме 1.2 показана доля извлечения минералов по каждой гранулометрической фракции, причем суммарное извлечение составляет 77.2%. Столь высокий процент извлечения объясняется свойствами руды: значительная часть благородных металлов (более 80%) содержится в минералах, размер которых более 50µm, несмотря на то, что суммарное число зерен размером >50µm составляет только 15.5% (см. таблицу 2).

Если гистограмму исходной руды (PO) рассматривать в качестве БМ-паспорта руды, а гистограмму хвостов (TK) в качестве БМ-паспорта потерь концентратора Кнельсона при коэффициенте сокращения 530 (см.1.1), то легко определить суммарную долю извлечения минералов благородных металлов из данной руды при заданных параметрах процесса концентрирования. Это дает возможность, не проводя трудоемких исследований, предсказывать процент извлечения благородных металлов из других видов руд.

На гистограммах 2.1 и 2.2 (аналогах 1.1 и 1.2) приведены данные по одной из разновидностей малосульфидных Cu-Ni руд. В отличие от предыдущего случая, для исходной руды характерно, что все запасы благородных металлов содержатся в мелких зернах, размер которых не превышает 50µm, то есть БМ-паспот предыдущей и рассматриваемой руд значительно различаются. Если сравнить паспорт рассматриваемой руды с паспортом потерь концентратора Кнельсона при аналогичных параметрах процесса концентрирования (см. гистограмму 2.1), то легко предсказать, что суммарное извлечение благородных металлов составит около 23% (см. 2.2).

Гистограммы 2.1 и 2.2

Выводы

Полученные данные позволяют сделать следующие выводы:

1. Минералогические исследования, проведенные по исходной руде и хвостам после извлечения концентрата на концентраторе Кнельсона, показали, что эффективно извлекаются относительно крупные зерна минералов благородных металлов: зерна более 70µm извлекаются полностью, зерна 70-30µm извлекаются частично, а зенра менее 30µm находятся в области 100% потерь (с учетом прогрешностей пробоотбора).
2. Распределение минералов благородных металлов (БМ) по размеру зерен может рассматриваться в качестве БМ-паспорта данной руды, который содержит всю необходимую информацию для выбора технологии промышленного обогащения (извлечения) благородных металлов из руд в собственный концентрат.
3. Получение БМ-паспорта хвостов после извлечения концентрата позволяет предсказывать процент извлечения благородных металлов из руд, для которых определен их БМ-паспорт. Надежный прогноз извлечения минералов благородных металлов представляется очень важным элементом при экономической оценке качества комплексных Cu-Ni руд, несмотря на то, что это требует проведения объемного минералогического картирования месторождения (рудного тела) для получения БМ-паспортов всех разновидностей руд.
4. Получение БМ-паспортов различных руд может в значительной мере повлиять на выбор технологии промышленного обогащения (извлечения) благородных металлов. Например, для обогащения Cu-Ni руд широко используется флотация, которая требует тонкого измельчения исходной руды до -74µm или -44µm. Анализируя БМ-паспорт руды, приведенный на гистограмме 1.1, легко понять, что при измельчении руды до -44µm крупные зерна, содержащие 82,5% благородных металлов, будут переведены в тонкие гранулометрические фракции, в которых процент извлечения на концентраторе Кнельсона чрезвычайно низкий: около 15%! Это означает, что выбор технологии комплексного извлечения металлов из руд (Cu, Ni, PE) должен предусматривать извлечение БМ до стадии тонкого измельчения исходной руды, а способ первичного дробления не должен приводить к переизмельчению материала.
5. Важно также обратить внимание на экономический аспект: вряд ли требуются серьезные рассчеты, чтобы обосновать, что затраты на получение БМ-паспортов руд значительно ниже, чем альтернативный способ получения аналогичной информации - проведение опытов на промышленном оборудовании с промышленными обемами исходных руд. Кроме того, получив информацию вторым путем, останется неясным по какой причине получен именно такой процент извлечения БМ и можно ли его увеличить.
6. PM-паспортизация руд в сочетании с определением концентраций БМ в рудах дает ответ и на такой вопрос, который неразрешим другими способами: каково соотношение БМ, находящееся в рудах в минеральной (пригодной к прямому обогащению), и, локализованное в виде изоморфной примеси БМ в решетках других минералов: так называемая "рассеенная форма", при которой извлечение БМ возможно лишь после химического разложения сульфидных минералов, включающих БМ. Поскольку технологии извлечения для указанных форм нахождения БМ в исходных рудах принципиально различаются, то определение отношения БМ в рассеяной и минеральной формах оказывается очень важным параметром при разработке промышленных технологий обогащения руд и при оценках затрат на производство БМ. То обсьоятельство, что в некоторых видах Cu-Ni руд рассеяная форма Pd достигает 90% только подчеркивает важность определения БМ-паспортов руд и соотношения БМ рассеяная <=> БМ минеральная формы.